瓦斯气体在煤孔隙中的扩散模式.pdfVIP

矿业安全与环保 第 卷第 期 年 月 #$ % # ! 瓦斯气体在煤孔隙中的扩散模式 聂百胜，何学秋，王恩元 ’ 中国矿业大学 安全技术及工程实验室，江苏 徐州 ## !() 摘 要：根据气体在多孔介质中的扩散模式，结合煤结构的实际特点，分析了瓦斯气体在煤孔隙 中的扩散机理，得出瓦斯在煤体中有以下几种扩散模式：菲克型扩散、诺森扩散、过渡扩散、表面扩散 和晶体扩散，并分析了煤层中影响瓦斯扩散的因素和各种扩散模式的适用条件。 关键词：瓦斯；诺森数；扩散机理；扩散模式 中图分类号： , 文献标识码： 文章编号： ’ ) *+$ !# - % ! . !( / 0% # % / ! / 1 ! 引言 时，分子的平均自由程大于孔隙直径，此时瓦斯气体 分子和孔隙壁之间的碰撞占主导地位，而分子之间的 目前，瓦斯在煤层中的运移从总体上可以分为 碰撞退居次要地位，此类扩散不再遵循菲克扩散，而 两种：一种是瓦斯气体在孔径 ! 2!!3 孔隙中的扩 为诺森扩散。当- ! 2 2! 时，孔隙直径与瓦斯气 散流动；一种是在孔径 ! .!!3 范围内的渗流流 体分子的平均自由程相似，分子之间的碰撞和分子与 动。而瓦斯气体在煤层中的扩散基本上以宏观研究 面的碰撞同样重要，因此此时的扩散是介于菲克型扩 为主，尤其是对扩散的微观机理研究的更少，文献4 !5 散与诺森扩散之间的过渡型扩散，见图!。 首次对瓦斯气体分子在煤层中扩散机理进行了分 4 # 5 析，文献 根据煤层中的孔隙直径和瓦斯气体分子 的平均自由程提出了几种扩散方式，这些分析对于 我们理解煤层中瓦斯的流动提供了有益的帮助和理 解，但对其分类方法没有进行详细讨论，还需要进一 步的深入探讨。 瓦斯气体分子在煤层中的扩散机 理和扩散模式 从分子运动论的观点看，气体扩散的本质是气体 分子不规则热运动的结果。煤是一种典型的多孔介 4 ，5 1 质，根据气体在多孔介质中的扩散机理的研究 ，可 以用表示孔隙直径和分子运动平均自由程相对大小 的诺森数 —菲克型扩散；—诺森型扩散；—过渡型扩散 A B 9 # $ % ! ’ !) 图! 瓦斯气体的扩散式 式中 ———孔隙平均直径， % 36 由于多孔特性及其大分子结构，煤是一种良好 ———气体分子的平均自由程，。 ! 3 的吸附剂，当瓦斯气体分子被强烈地吸附于煤的固 将扩散分为一般的菲克 ’ 789: ) 型扩散、诺森 体表面时，就产生表面扩散。对吸附性极强的煤来 ’ ;=?@